張祥魁，陳志勇，孔繁霄

(1.邯鄲供電公司，河北 邯鄲 056002；2.河北省電力研究院，石家莊 050021)

傳統(tǒng)的定期檢修在一定程度上存在盲目開展、工作強度大、誤操作概率高等缺點，難以滿足電力系統(tǒng)可靠性的要求，以狀態(tài)檢修代替定期檢修已成為電力系統(tǒng)設(shè)備檢修的必然趨勢。實時在線監(jiān)測及診斷技術(shù)是電力設(shè)備狀態(tài)評價的基礎(chǔ)，通過在線監(jiān)測手段，及時、準(zhǔn)確地掌握運行設(shè)備的絕緣狀況，根據(jù)設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化趨勢，結(jié)合巡視、離線檢查等評價設(shè)備絕緣狀態(tài)，準(zhǔn)確制定檢修策略[1]。

1 在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展

我國電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)已有20多年的發(fā)展歷史，大體經(jīng)歷了以下3個發(fā)展階段。

1.1 帶電測試階段

帶電測試階段始于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時僅僅為了不停電而對電氣設(shè)備的某些絕緣參數(shù)(如泄漏電流)進(jìn)行直接測量。該階段測試設(shè)備簡單，測試項目少，靈敏度較差。

1.2 數(shù)字化階段

90年代初，出現(xiàn)了各種專用的在線測試儀器，使在線監(jiān)測技術(shù)從傳統(tǒng)的模擬量測試走向數(shù)字化測量，使用傳感器將被測量的參數(shù)直接轉(zhuǎn)換成電氣信號。

1.3 計算機階段

90年代末以來，開始利用計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)字波形采集處理技術(shù)，實現(xiàn)更多絕緣參數(shù)的在線監(jiān)測。這種在線監(jiān)測信息量大、處理速度快，可以對監(jiān)測參數(shù)實時顯示、儲存、打印、遠(yuǎn)傳和報警，實現(xiàn)絕緣在線監(jiān)測的自動化。

2 電力設(shè)備在線監(jiān)測分類

電力設(shè)備在線監(jiān)測按其監(jiān)測的作用分為保護(hù)性監(jiān)測和維護(hù)性監(jiān)測兩類[2]，運行人員將保護(hù)性監(jiān)測數(shù)據(jù)作為工作重點，而檢修人員則將維護(hù)性監(jiān)測數(shù)據(jù)作為工作重點。

2.1 保護(hù)性監(jiān)測

保護(hù)性監(jiān)測即設(shè)備故障監(jiān)測，通過對常規(guī)運行參數(shù)(如電流、電壓、功率、溫度、流量、壓力等)的監(jiān)測，得出電力設(shè)備正常運行工況的數(shù)據(jù)。同時還在故障敏感的部件設(shè)置一些專用監(jiān)測器，通過對反應(yīng)異常的特征量的監(jiān)測，幫助運行人員及時了解這些部件的狀態(tài)，在故障發(fā)生之前報警，以便采取必要的措施，避免嚴(yán)重故障的發(fā)生。

2.2 維護(hù)性監(jiān)測

維護(hù)性監(jiān)測是通過在線監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)缺陷和監(jiān)視缺陷的發(fā)展趨勢并預(yù)測發(fā)展的后果，以指導(dǎo)維護(hù)策略。維護(hù)性監(jiān)測需要在設(shè)備運行時完成一系列的周期性或連續(xù)性試驗，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象時，進(jìn)行異常原因分析和適當(dāng)維護(hù)，以消除異?，F(xiàn)象的根源。目前電力設(shè)備維護(hù)性監(jiān)測就是從定期的停電檢修逐步過渡到根據(jù)其狀態(tài)進(jìn)行的預(yù)測性維修。

3 電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

通過國內(nèi)預(yù)防性試驗檢測項目有效性統(tǒng)計分析，對電力設(shè)備絕緣缺陷反映較為有效的試驗有介質(zhì)損耗角tanδ、全電流Ig、泄漏電流的直流分量IR、局部放電量等參數(shù)的測量及油中色譜分析。目前國內(nèi)在線監(jiān)測介質(zhì)損耗角tanδ、全電流Ig、泄漏電流的直流分量IR已非常準(zhǔn)確有效，設(shè)備的局部放電在線監(jiān)測也在不斷研究和應(yīng)用中。電網(wǎng)中主要有變壓器、GIS和SF6斷路器、隔離開關(guān)和開關(guān)柜、避雷器及互感器等電力設(shè)備，它們應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)的特點各不相同。

3.1 變壓器

3.1.1 油中溶解氣體在線監(jiān)測

電力變壓器在運行過程中，其絕緣油在過熱、放電、電弧等作用下會產(chǎn)生故障特征氣體，故障特征氣體的成分、含量、增長速率與變壓器內(nèi)部故障的類型及嚴(yán)重程度有密切關(guān)系。變壓器油中溶解氣體在線裝置能夠連續(xù)監(jiān)測運行變壓器油中的氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等氣體組分的含量，可及時診斷變壓器的絕緣狀況、早期故障和其發(fā)展趨勢，從而減少或避免非計劃停電和災(zāi)難性事故的發(fā)生，為設(shè)備檢修提供科學(xué)依據(jù)。

3.1.2 局部放電在線監(jiān)測

局部放電在線監(jiān)測是診斷變壓器絕緣的有效方法之一。變壓器正常運行中局部放電量較小，近年生產(chǎn)的110 kV及以上變壓器出廠局部放電量都控制在100 pC以下。變壓器的絕緣材料中存在著氣隙和油隙，當(dāng)介質(zhì)的電場強度達(dá)到一定程度時，它們將被擊穿而發(fā)生局部放電，局部放電逐步發(fā)展必將導(dǎo)致絕緣損壞。當(dāng)變壓器發(fā)生絕緣劣化或絕緣擊穿故障前期，變壓器局部放電量會增加數(shù)十倍，甚至數(shù)百倍。利用在線監(jiān)測變壓器局部放電量的變化進(jìn)行絕緣早期故障報警，有效監(jiān)測變壓器的絕緣狀況。

3.2 GIS和SF6斷路器

GIS和高壓SF6斷路器設(shè)備在線監(jiān)測診斷有效的項目是局部放電監(jiān)測。局部放電監(jiān)測可以彌補交流耐壓試驗的不足，通過在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)GIS和SF6斷路器制造和安裝的清潔度，發(fā)現(xiàn)設(shè)備制造和安裝過程中的缺陷、差錯和進(jìn)水受潮等(如安裝、維修時內(nèi)部留有微小遺留物；電極表面有毛刺、刮傷、尖端物等損傷；支撐絕緣子內(nèi)部有氣泡或受潮劣化；導(dǎo)電或接地部分接觸不良)，并確定放電位置，從而進(jìn)行有針對性的維修，確保設(shè)備安全運行。

3.3 隔離開關(guān)和開關(guān)柜

變電站內(nèi)的隔離開關(guān)和開關(guān)柜設(shè)備運行中承載著較大電流，在內(nèi)外各種因素的影響下，設(shè)備的節(jié)點、接觸面常常出現(xiàn)溫升，最終導(dǎo)致突發(fā)性故障。安裝無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)，即在每個節(jié)點加裝溫度傳感器，通過無線測溫終端發(fā)射模塊、固定IP地址等收集傳感器傳遞的溫度信息，定時發(fā)送至通信管理單元，傳遞溫度信息，通過通信管理單元將數(shù)據(jù)處理和定值連接到局域網(wǎng)，實現(xiàn)對溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控和異常報警，有效地避免惡性事故的發(fā)生。

3.4 氧化鋅避雷器

金屬氧化物避雷器(MOA)由于閥片老化或受潮所表現(xiàn)出來的電氣特征是阻性電流增大，因此測量運行電壓下的交流泄漏電流是金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測的主要內(nèi)容，而測量其阻性電流是關(guān)鍵。目前國內(nèi)測量全泄漏電流多采用避雷器在線監(jiān)測器，即將一體的毫安表與計數(shù)器串聯(lián)在避雷器接地回路中。監(jiān)測器中的毫安表用于監(jiān)測運行電壓下通過避雷器的泄漏電流峰值，有效地監(jiān)測避雷器內(nèi)部是否受潮或內(nèi)部元件是否異常。避雷器在線監(jiān)測在電力系統(tǒng)的應(yīng)用比較成熟且應(yīng)用效果好，通過在線監(jiān)測可及時有效發(fā)現(xiàn)避雷器的絕緣劣化缺陷。

3.5 互感器類容性設(shè)備

在線監(jiān)測電流互感器、CVT、耦合電容器、套管等容性設(shè)備介質(zhì)損耗角正切值是一項靈敏度很高的試驗項目，它可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣整體受潮、絕緣劣化以及局部缺陷等。通過全國互感器類容性設(shè)備缺陷故障統(tǒng)計分析，絕緣受潮缺陷占總?cè)毕莸?0%以上?；ジ衅黝惾菪栽O(shè)備一旦絕緣受潮會引起絕緣介質(zhì)損耗增加，損耗愈大，溫度上升愈快，易造成絕緣劣化，導(dǎo)致絕緣擊穿。在線監(jiān)測電壓采樣的是設(shè)備的運行電壓，測試電壓高于停電時的試驗電壓，因此獲得設(shè)備絕緣參數(shù)更加真實可靠，通過設(shè)備本身測量數(shù)據(jù)的縱向比較和相關(guān)設(shè)備測量數(shù)據(jù)的橫向比較準(zhǔn)確判斷運行設(shè)備的絕緣狀況。

4 互感器類容性設(shè)備在線監(jiān)測的應(yīng)用實例

4.1 應(yīng)用方案

邯鄲供電公司某220 kV變電站安裝了互感器類容性設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)，對設(shè)備介質(zhì)損耗進(jìn)行在線測量。該在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由信號采集系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、控制分析系統(tǒng)構(gòu)成，采用了直接數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)曲線等顯示形式，便于與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并通過調(diào)制解調(diào)器(MODEM)將運行設(shè)備的狀況連續(xù)地傳輸?shù)接嘘P(guān)部門、人員手中，便于診斷分析管理。該系統(tǒng)監(jiān)測原理見圖1。

圖1 互感器類容性設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理

在線測量易受到現(xiàn)場強電場的干擾，為了減小變電站強電場的干擾影響，該系統(tǒng)采樣裝置采用輸入阻抗極低的電流傳感器和電壓互感器二次電壓信號作為標(biāo)準(zhǔn)比較源的取樣方式。該測量系統(tǒng)采用數(shù)字采樣、相關(guān)數(shù)字鑒別干擾相位技術(shù)及頻譜分析處理，有較強的自檢校驗功能，有利于排除現(xiàn)場干擾造成的影響。在線監(jiān)測技術(shù)信號采集、信號對應(yīng)關(guān)系及介質(zhì)損耗情況如下。

4.1.1 電容型設(shè)備末屏電流信號

傳感器一次引線直接串接在被測設(shè)備末屏引出線采集電流信號，傳感器采用高靈敏度固化電流傳感器，不改變設(shè)備的正常接線及運行方式，可保證現(xiàn)場使用的安全，又不會影響信號的檢測精度。測試端子通過測量電纜與檢測儀的電流輸入端相連，測量電纜采用雙絞雙屏蔽電纜，有效防止電磁場干擾。

4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)電壓取樣信號

采用電壓互感器二次電壓信號作為標(biāo)準(zhǔn)比較源，測定的數(shù)據(jù)與停電時測量數(shù)據(jù)比較作為基準(zhǔn)參數(shù)。電壓互感器二次側(cè)電壓信號直接在測量繞組的非接地端串接取樣電阻，通過電阻的電流信號引入取樣端子箱。取樣電阻直接安裝在電壓互感器二次測量繞組的非接地端子上，即使信號引出線發(fā)生對地短路，也不會造成電壓互感器二次繞組短路，提高了系統(tǒng)安全性。

4.1.3 介質(zhì)損耗在線測量

變電站互感器類容型設(shè)備主要包括電流互感

器、套管及耦合電容器等并有電容屏的設(shè)備。系統(tǒng)在線測量介質(zhì)損耗采用相對測量方式，對同相的電容型設(shè)備，根據(jù)測得的電容量比值及介質(zhì)損耗值的變化趨勢，來判斷設(shè)備的絕緣狀況，減弱因相間電場干擾造成的影響，可得到真實的絕緣參數(shù)測試結(jié)果。

4.2 應(yīng)用效果

通過一段時間的應(yīng)用，并結(jié)合停電機會進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)與常規(guī)試驗數(shù)據(jù)的多次比較，發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)與停電試驗數(shù)據(jù)具有一致性，可為今后的檢修工作節(jié)約大量的人力、物力，減少現(xiàn)場作業(yè)的次數(shù)，提高設(shè)備運行能力。同時，豐富了的運行經(jīng)驗，對該變電站容性設(shè)備運行數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了完善，建立起專家分析系統(tǒng)、強化判別功能，制定了監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為狀態(tài)檢修工作提供了可靠的數(shù)據(jù)。該變電站在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，積極推行了狀態(tài)檢修在變電站的實現(xiàn)，減輕了設(shè)備檢修工作量，提高了電網(wǎng)運行的可靠性。

5 結(jié)束語

電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)和檢測出設(shè)備內(nèi)部絕緣狀態(tài)的變化，并及時發(fā)出報警信號，以便快速的對設(shè)備缺陷進(jìn)行消除，保證了設(shè)備在電網(wǎng)中的安全運行。同時為設(shè)備狀態(tài)檢修提供可靠的數(shù)據(jù)，便于檢修策略和檢修計劃的制定，是供電企業(yè)實現(xiàn)狀態(tài)檢修的有效技術(shù)手段。目前，電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修的實施，加大了電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)研究，通過在應(yīng)用中不斷積累運行經(jīng)驗，將使電力設(shè)備定期檢修完全過渡到狀態(tài)檢修。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術(shù)部.國家電網(wǎng)公司設(shè)備狀態(tài)檢修規(guī)章制度和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 成永紅.電力設(shè)備絕緣監(jiān)測與診斷[M].北京：中國電力出版社，2001.